CN109921410A - 一种串联补偿装置及周边设备的布置方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种串联补偿装置及周边设备的布置方法及装置，包括：获取串联补偿装置及周边设备的电场强度影响因素的结构参数以及串联补偿装置及周边设备之间的相对位置尺寸；根据所述结构参数和相对位置尺寸，构建电场分析模型；根据实际各串联补偿装置的交流相位，在电场分析模型的串联补偿装置上添加激励，进行有限元分析；提取电场分析模型中距离地面阈值处的工频电场分布结果，判断是否满足预设条件，若满足，则完成设计；否则重新构建电场分析模型，直到工频电场分布结果满足预设条件。本发明提供的技术方案，可以准确地得到串补装置的电场分布情况，从而对串补装置布置设计做出分析和评价。

Description

一种串联补偿装置及周边设备的布置方法及装置

技术领域

本申请涉及串联补偿装置的布置，具体涉及一种串联补偿装置及周边设备的布置方法及装置。

背景技术

串联电容器补偿装置，简称串补装置，是一种将电容器组串接于输电线路中，通过阻抗补偿减少功率输送引起的电压降和功角差，从而提高电力系统的稳定性、扩大线路输送容量的装置。

串补装置结构庞大，设备复杂，对电站内电磁环境影响较大。而且由于其占地面积大，在高海拔的环境下，加大了寻找场地和施工的难度，因此在保证各项要求的前提下，需尽可能减少项目占地面积。以往工程设计未充分考虑周边设备对电场分布的影响，不能准确量化分析地面周围的电场。而按照经验对串补装置进行设计，难以抑制接近地面的局部电场强度，有可能威胁到运维人员的站内安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种串补装置及周边设备的布置方法，使工程设计在尽可能小的场地面积内，使得串补装置周边围栏外的电场强度在标准规定范围内，以保证串补装置的安全稳定运行，进一步加强运维人员在变电站内的安全。

本发明提供的一种串联补偿装置及周边设备的布置方法，包括：

步骤1：获取串联补偿装置及周边设备的电场强度影响因素的结构参数以及串联补偿装置及周边设备之间的相对位置尺寸；

步骤2：根据所述结构参数和所述相对位置尺寸，构建包含串联补偿装置和周边设备的电场分析模型；

步骤3：根据实际各串联补偿装置的交流相位，在所述电场分析模型的串联补偿装置上添加激励条件，进行有限元分析；

步骤4：提取电场分析模型中距离地面阈值处的工频电场分布结果，判断是否满足预设的工频电场分布条件，若满足，则完成设计，确定串联补偿装置及其周边设备的布置方案；若不满足，则返回步骤2根据所述结构参数和调整后的相对位置尺寸，重新构建电场分析模型，直到工频电场分布结果满足预设的工频电场分布条件。

所述构建包含串联补偿装置和周边设备的电场分析模型包括：

用有限元分析软件导入三维模型，根据获得的结构参数定义模型中的材料属性参数，并根据所述相对位置尺寸建立电场分析物理模型；

设置网格尺寸，使用三维导电单元对电场分析物理模型中的带电部分进行网格划分。

所述激励条件包括零电压和交变电压值。

所述电场强度影响因素的结构参数包括串联补偿装置和周边设备的尺寸和材料属性参数；

所述串联补偿装置和周边设备的尺寸包括串联补偿装置和周边设备长度、宽度以及高度或厚度；

所述材料属性参数包括每个设备及其子部件的电导率。

所述周边设备包括旁路开关、隔离开关、管型母线和设备遮栏。

所述阈值为1.5米。

本发明提供的一种串联补偿装置及周边设备的布置装置，包括：

采集模块：获取串联补偿装置及周边设备的电场强度影响因素的结构参数串联补偿装置及和周边设备的相对位置尺寸；

建模模块：根据获得的结构参数和相对位置尺寸，构建包含串联补偿装置和周边设备的电场分析模型；

分析模块：根据实际各串联补偿装置的交流相位，在所述电场分析模型的串联补偿装置上添加激励条件，进行有限元分析；

判断模块：提取电场分析模型中距离地面阈值处的工频电场分布结果，判断是否满足预设的工频电场分布条件，若满足，则完成设计，确定串联补偿装置及其周边设备的布置方案；若不满足，则返回步骤2根据所述结构参数和调整后的相对位置尺寸，重新构建电场分析模型，直到工频电场分布结果满足预设的工频电场分布条件。

所述建模模块包括：

物理模型子模块，用于用有限元分析软件导入三维模型，根据获得的结构参数定义模型中的材料属性参数，并根据所述相对位置尺寸建立电场分析物理模型；

网格划分子模块，用于设置网格尺寸，使用三维导电单元对电场分析物理模型中的带电部分进行网格划分。

所述采集模块获取的所述电场强度影响因素的结构参数包括串联补偿装置和周边设备的尺寸和材料属性参数；

所述串联补偿装置和周边设备的尺寸包括串联补偿装置和周边设备长度、宽度以及高度或厚度；

所述材料属性参数包括每个设备及其子部件的电导率。

所述周边设备包括旁路开关、隔离开关、管型母线和设备遮栏。

所述激励条件包括零电压和交变电压值。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的技术方案，根据工程情况，获取结构参数和电力设备间的相对位置尺寸，构建电场分析模型，通过对电场分析模型进行有限元分析使设计满足电场要求，节省了反复实物验证过程中浪费的资金与时间，大大缩短了设备生产时间与工程总体时间；

本发明提供的技术方案，通过有限元分析，逐渐调整设计，直到满足相关标准要求，得到合理优化的设计结果，能够保证电力系统运维人员站内安全，大大的提高了电力系统的运行可靠性。

本发明提供的技术方案，避免了串补装置及周边设备布置严重依靠经验，无实际分析数据支撑的缺点。

附图说明

图1为本发明一种串联补偿装置及周边设备的布置方法流程图；

图2为串联补偿装置的典型电气主接线图；

图3为本发明实施例串联补偿装置的三维模型；

图4为本发明实施例的电场分析模型；

图5为本发明实施例合理优化设计的电场分布云图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：

图1为本发明一种串联补偿装置及周边设备的布置方法流程图，如图1所示，本发明提供的一种串联补偿装置及周边设备的布置方法，包括：

步骤1：获取串联补偿装置及周边设备的电场强度影响因素的结构参数以及串联补偿装置及周边设备之间的相对位置尺寸；

步骤2：根据所述结构参数和所述相对位置尺寸，构建包含串联补偿装置和周边设备的电场分析模型；

步骤3：根据实际各串联补偿装置的交流相位，在所述电场分析模型的串联补偿装置上添加激励条件，进行有限元分析；

步骤4：提取电场分析模型中距离地面阈值处的工频电场分布结果，判断是否满足预设的工频电场分布条件，若满足，则完成设计，确定串联补偿装置及其周边设备的布置方案；若不满足，则返回步骤2根据所述结构参数和调整后的相对位置尺寸，重新构建电场分析模型，直到工频电场分布结果满足预设的工频电场分布条件。

所述构建包含串联补偿装置和周边设备的电场分析模型包括：

用有限元分析软件导入三维模型，根据获得的结构参数定义模型中的材料属性参数，并根据所述相对位置尺寸建立电场分析物理模型；

设置网格尺寸，使用三维导电单元对电场分析物理模型中的带电部分进行网格划分。

所述激励条件包括零电压和交变电压值。

所述电场强度影响因素的结构参数包括串联补偿装置和周边设备的尺寸和材料属性参数；

所述串联补偿装置和周边设备的尺寸包括串联补偿装置和周边设备长度、宽度以及高度或厚度；

所述材料属性参数包括每个设备及其子部件的电导率。

所述周边设备包括旁路开关、隔离开关、管型母线和设备遮栏。

所述阈值为1.5米。

所述预设的工频电场分布条件为：标准DL/T 5352-2006《高压配电装置设计技术规程》6.09条。

实施例二、

基于相同的构思，本发明还提供一种串联补偿装置及周边设备的布置装置，可以包括：

采集模块：获取串联补偿装置及周边设备的电场强度影响因素的结构参数串联补偿装置及和周边设备的相对位置尺寸；

建模模块：根据获得的结构参数和相对位置尺寸，构建包含串联补偿装置和周边设备的电场分析模型；

分析模块：根据实际各串联补偿装置的交流相位，在所述电场分析模型的串联补偿装置上添加激励条件，进行有限元分析；

判断模块：提取电场分析模型中距离地面阈值处的工频电场分布结果，判断是否满足预设的工频电场分布条件，若满足，则完成设计，确定串联补偿装置及其周边设备的布置方案；若不满足，则返回步骤2根据所述结构参数和调整后的相对位置尺寸，重新构建电场分析模型，直到工频电场分布结果满足预设的工频电场分布条件。

所述建模模块包括：

物理模型子模块，用于用有限元分析软件导入三维模型，根据获得的结构参数定义模型中的材料属性参数，并根据所述相对位置尺寸建立电场分析物理模型；

网格划分子模块，用于设置网格尺寸，使用三维导电单元对电场分析物理模型中的带电部分进行网格划分。

所述采集模块获取的所述电场强度影响因素的结构参数包括串联补偿装置和周边设备的尺寸和材料属性参数；

所述串联补偿装置和周边设备的尺寸包括串联补偿装置和周边设备长度、宽度以及高度或厚度；

所述材料属性参数包括每个设备及其子部件的电导率。

所述周边设备包括旁路开关、隔离开关、管型母线和设备遮栏。

所述激励条件包括零电压和交变电压值。

所述阈值为1.5米。

实施例三、

以某750kV串补装置的初步设计为例，采用本发明提供的串联补偿装置及周边设备的布置方法进行设计，具体包括：

步骤1：获取对串补装置及周边设备的电场强度影响大的因素的结构参数和串补装置及周边设备的相对位置尺寸；

所述对串补周边电场强度影响大的因素的结构参数包括但不只限于串补平台，旁路开关、设备遮栏等周边设备的尺寸和其对应的材料属性参数；

其中，串补装置，旁路开关、设备遮栏等周边设备的尺寸包括长度、宽度以及高度或厚度，材料属性参数是指每个设备及其子部件的电导率；

如图2所示为串补装置的典型电气主接线图，串补装置的主要设备有电容器组C、金属氧化物限压器MOV、火花间隙GAP、旁路断路器BCB和限流阻尼设备D；串补周围设备有串联隔离开关DS，旁路隔离开关BS，接地开关ES。

如图3所示为串联补偿装置的三维模型。

由于750kV串补装置安装于西北高海拔、强风沙地区，电气设备之间的相对位置尺寸满足Q/GDW 13001-2014《高海拔外绝缘配置技术规范》的要求。

步骤2：依据步骤1获得的数据，用有限元软件ANSYS建立包含串补装置、旁路开关和设备遮栏等周边设备的电场分析模型；

步骤3：根据实际各串补装置的交流相位，在电场分析模型的串补电场模型上添加激励，施加零电压和交变电压值，进行有限元计算；

步骤4：提取电场分析模型中距离地面1.5m处的工频电场分布结果，判断是否满足预设的工频电场分布条件。

所述预设的工频电场分布条件根据标准DL/T 5352-2006《高压配电装置设计技术规程》6.09条的规定设定为：330kV及以上串补装置设备遮栏外的静电感应场强(离地1.5m空间场强)，不宜超过10kV/m，少部分地区可允许达到15kV/m。

步骤5：依据步骤4的结果，若不满足要求，进入到步骤2，通过逐渐扩大所述相对位置尺寸的方式调整电场分析模型后，迭代分析，直到满足标准要求，完成设计，确定串补装置及其周边设备的布置方案。

所述步骤2依据步骤1获得的数据，用有限元软件ANSYS建立包含串补装置、旁路开关和设备遮栏等周边设备的电场分析模型，包括：

用有限元分析软件Ansys导入三维模型，依据步骤1获得的数据定义模型中各个材料属性，建立电场分析物理模型；

设置网格尺寸，使用三维导电单元对电场分析物理模型中的带电部分进行网格划分。

如图4所示为使用有限元分析软件Ansys建立的电场分析模型，进行网格划分，添加各点位激励，有限元分析及后处理，获得距地1.5米处电场分布云图。

经过多次调整设计，直到满足标准DL/T 5352-2006《高压配电装置设计技术规程》6.09条要求，其电场分布云图如图5所示。

设计中对距地1.5米处电场分布影响的几个关键尺寸如表格1所示。

表格1 合理优化设计中的部分关键尺寸

因此，应用本发明提出的方法可较为准确地得到串补装置的电场分布的具体分布情况，从而对串补装置布置设计做出分析和评价，以寻找更加合适的串补装置排布方式，在保证运维人员的安全的同时，减少变电站占地面积。

以上对本申请所提供的一种基于有限元电场分析的串补装置及周边设备的布置方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (10)

1.一种串联补偿装置及周边设备的布置方法，其特征在于，包括：

步骤1：获取串联补偿装置及周边设备的电场强度影响因素的结构参数以及串联补偿装置及周边设备之间的相对位置尺寸；

步骤2：根据所述结构参数和所述相对位置尺寸，构建包含串联补偿装置和周边设备的电场分析模型；

步骤3：根据实际各串联补偿装置的交流相位，在所述电场分析模型的串联补偿装置上添加激励条件，进行有限元分析；

步骤4：提取电场分析模型中距离地面阈值处的工频电场分布结果，判断是否满足预设的工频电场分布条件，若满足，则完成设计，确定串联补偿装置及其周边设备的布置方案；若不满足，则返回步骤2根据所述结构参数和调整后的相对位置尺寸，重新构建电场分析模型，直到工频电场分布结果满足预设的工频电场分布条件。

2.如权利要求1所述的串联补偿装置及周边设备的布置方法，其特征在于，所述构建包含串联补偿装置和周边设备的电场分析模型包括：

用有限元分析软件导入三维模型，根据获得的结构参数定义模型中的材料属性参数，并根据所述相对位置尺寸建立电场分析物理模型；

设置网格尺寸，使用三维导电单元对电场分析物理模型中的带电部分进行网格划分。

3.如权利要求1所述的串联补偿装置及周边设备的布置方法，其特征在于，所述激励条件包括零电压和交变电压值。

4.如权利要求1所述的串联补偿装置及周边设备的布置方法，其特征在于，所述电场强度影响因素的结构参数包括串联补偿装置和周边设备的尺寸和材料属性参数；

所述串联补偿装置和周边设备的尺寸包括串联补偿装置和周边设备长度、宽度以及高度或厚度；

所述材料属性参数包括每个设备及其子部件的电导率。

5.如权利要求1所述的串联补偿装置及周边设备的布置方法，其特征在于，所述周边设备包括旁路开关、隔离开关、管型母线和设备遮栏。

6.如权利要求1所述的串联补偿装置及周边设备的布置方法，其特征在于，所述阈值为1.5米。

7.一种串联补偿装置及周边设备的布置装置，其特征在于，包括：

采集模块：获取串联补偿装置及周边设备的电场强度影响因素的结构参数串联补偿装置及和周边设备的相对位置尺寸；

建模模块：根据获得的结构参数和相对位置尺寸，构建包含串联补偿装置和周边设备的电场分析模型；

分析模块：根据实际各串联补偿装置的交流相位，在所述电场分析模型的串联补偿装置上添加激励条件，进行有限元分析；

判断模块：提取电场分析模型中距离地面阈值处的工频电场分布结果，判断是否满足预设的工频电场分布条件，若满足，则完成设计，确定串联补偿装置及其周边设备的布置方案；若不满足，则返回步骤2根据所述结构参数和调整后的相对位置尺寸，重新构建电场分析模型，直到工频电场分布结果满足预设的工频电场分布条件。

8.如权利要求7所述的串联补偿装置及周边设备的布置装置，其特征在于，

所述建模模块包括：

物理模型子模块，用于用有限元分析软件导入三维模型，根据获得的结构参数定义模型中的材料属性参数，并根据所述相对位置尺寸建立电场分析物理模型；

网格划分子模块，用于设置网格尺寸，使用三维导电单元对电场分析物理模型中的带电部分进行网格划分。

9.如权利要求7所述的串联补偿装置及周边设备的布置装置，其特征在于，所述采集模块获取的所述电场强度影响因素的结构参数包括串联补偿装置和周边设备的尺寸和材料属性参数；

所述串联补偿装置和周边设备的尺寸包括串联补偿装置和周边设备长度、宽度以及高度或厚度；

所述材料属性参数包括每个设备及其子部件的电导率。

所述周边设备包括旁路开关、隔离开关、管型母线和设备遮栏。

10.如权利要求7所述的串联补偿装置及周边设备的布置装置，其特征在于，所述激励条件包括零电压和交变电压值。